A sarkon túl látó kamera

Az önvezető autóknak óvakodniuk kell az akadályoktól ahhoz, hogy biztonságosan működjenek – főleg azoktól, melyek kívül esnek a látókörükön. Ehhez olyan technológiára van szükségünk, ami jobban lát, mint mi, emberek, állítja David Lindell elektrotechnikus. Csatolják be biztonsági öveiket, és Lindell egy gyors, korszakalkotó technikai bemutató során kifejti a sarkon túl rejtőző tárgyakat feltárni képes, nagysebességű kamera figyelemre méltó és sokoldalú lehetőségeit.

A jövőben

az önvezető autók biztonságosabbak
és megbízhatóbbak lesznek, mint az ember.

Ehhez azonban

olyan technológia kell,
ami lehetővé teszi,

hogy az autók gyorsabban
reagáljanak, mint az ember,

az algoritmusok jobban
vezessenek, mint az ember,

és a kamerák többet lássanak,
mint az ember.

Képzeljék el például,
hogy egy önvezető autó vakon kanyarodna,

és szembe jön egy autó,

vagy épp egy gyerek készül
kiszaladni az utcára.

Jövendő autónknak szerencsére
lesz egy szuperereje, egy kamera,

ami képes belátni a sarkokon,
feltárni a lehetséges veszélyeket.

Az utóbbi pár évben PhD-hallgatóként

a Stanford Computational
Imaging Labor csapatában

olyan kamerán dolgoztam, ami képes erre –

ami képes elképzelni
sarkok mögött megbúvó tárgyakat,

vagy bármit, ami takarásban van.

Hadd mutassam be, mit láthat a kameránk.

Egy kültéri kísérletet hajtottunk végre,
melyben kamerarendszerünk

lézerrel tapogatja le
ennek az épületnek az oldalát,

és a jelenet, amit fel akarunk venni,

a függöny mögötti sarokban játszódik.

Így kamerarendszerünk
nem látja közvetlenül.

Mégis, valamilyen módon

képes felvenni a jelenetet
három dimenzióban.

Hát ez meg hogy lehet?

Itt zajlik a varázslat,
ebben a kamerarendszerben.

Vegyük úgy, hogy ez egy
nagy sebességű kamera.

Nem olyan, ami 1000 képkockát
vesz fel másodpercenként,

még csak nem is egymilliót,

hanem egybilliót!

Annyira gyors, hogy a fény
mozgását is képes felvenni.

Hadd mondjak egy példát,
milyen gyorsan terjed a fény,

hasonlítsuk a sebességét
egy képregényhős futóbajnokhoz,

aki a hangsebesség háromszorosánál is
gyorsabban mozog.

Egy fényimpulzus a másodperc
3,3 milliárd részéig tartó,

vagyis 3,3 nanoszekundumnyi idő alatt

jut el egy méter távolságra.

Ugyanakkor szuperhősünk

egy hajszálnyi távolságot sem tett meg.

Azért ez elég gyors.

De valójában még ennél is
sokkal gyorsabb felvétel kell ahhoz,

hogy centiméternél pontosabban
megörökíthessük a fényt.

Kamerarendszerünk tehát

képkockánként 50 billiomod másodperces,
azaz 50 pikoszekundumos sebességgel

tudja felvenni a fotonokat.

Fogjuk tehát ezt az ultragyors kamerát,

összepárosítjuk egy lézerrel,
ami rövid fényimpulzusokat bocsát ki.

Minden egyes impulzus eléri
ezt a látható falat,

majd valamennyi fény
visszaverődik a kameránkra,

de a fal arra is jó, hogy szétszórja
a fényt a sarok körül

a mögötte rejlő tárgyra, majd vissza.

Sokszor megismételjük ezt a mérést,
hogy feljegyezzük,

mennyi idő alatt érnek vissza a fotonok

a fal különböző pontjairól.

A mérés után készíthetünk a falról

egybillió képkocka per másodperces videót.

Szabad szemmel nem tűnik fel
semmi különös a falon,

egybillió kép per mp sebességnél azonban
valami egészen hihetetlent láthatunk.

Láthatjuk, ahogy a fényhullámok
visszaverődnek a rejtett jelenetről,

és nekicsapódnak a falnak.

Minden egyes hullám információt hordoz
a takarásban lévő tárgyról,

ami visszaverte a jelet.

Méréseink eredményeit

rekonstrukciós algoritmusba tesszük,

aztán újraépítjük a kitakart díszlet
három dimenziós geometriáját.

Hadd mutassak még egy példát
egy beltéri felvételünkről,

ezúttal többféle tárgy van takarásban.

Ezek a tárgyak különböző formájúak,

tehát eltérő módon verik vissza a fényt.

Ez a fényes sárkányszobor például
másképp veri vissza a fényt,

mint a tükrös diszkógömb,

vagy a fehér diszkoszvető szobor.

Láthatjuk is az eltérő
fényvisszaverési módokat,

ha láthatóvá tesszük,
mint ebben a 3D-s alakzatban,

melyben csak egyszerűen
összefűztük a képkockákat.

Ezen a kockán a mélység képviseli az időt.

Ezek a világos pontok
fényvisszatükröződések,

a diszkógömb tükörlapocskáiról
verődnek vissza,

az idő múlásával szétszóródnak a falon.

Ezek a fénycsíkok érnek ide leghamarabb,

a falhoz legközelebbi
csillogó sárkányszoborról származnak,

a többi fénycsík pedig

a könyvszekrényről és a szoborról ered.

Kockáról kockára jeleníthetjük meg
ezeket a méréseket,

mintha videó lenne,

hogy közvetlenül láthassuk a szórt fényt.

És mint mondtam, a falhoz legközelebbi
sárkánytól származó fényvisszaverődést

láthatjuk először,

aztán a diszkógömb fényes pontjait,

majd a könyvszekrényről
visszaverődő többi fényt.

Végül pedig a szoborról visszaverődő
fényhullámokat látjuk.

Ezek megvilágítják a falat,

egybilliomod másodpercig
tartó tűzijátékok.

És bár ezek a tárgyak
különbözőképpen tükrözik a fényt,

mégis újraépíthetjük az alakjukat.

Ezt láthatjuk a sarkon túl.

Most pedig mutatok egy egészen más példát.

Ebben a videóban, mint látják,
fényvisszaverő overall van rajtam,

kamerarendszerünk a falat pásztázza
másodpercenként négyszer.

A ruhám fényvisszaverő,

így elegendő fotont örökíthetünk meg,

így láthatjuk, hol vagyok és mit csinálok,

anélkül, hogy a kamera
közvetlenül látna engem.

A fotonokat veszi fel, amik a falról
visszaverődnek a ruhámra,

vissza a falra, majd vissza a kamerába,

így valós időben tudjuk felvenni
ezt a közvetett videót.

És úgy véljük, ez a fajta,
gyakorlatilag nem közvetlen képalkotás

hasznosan alkalmazható,
például önvezető autóknál,

vagy orvosbiológiai képalkotáshoz,

melynek során a test legapróbb
részleteibe kell bepillantanunk.

És talán olyan robotokra is szerelhetünk
hasonló kamerarendszereket,

melyeket más bolygók feltárására
küldünk ki az űrbe.

Nos, lehet, hogy már hallottak
valamit a sarkon túli látásról,

de amit ma mutatok önöknek,

az két évvel ezelőtt
még teljes képtelenség lett volna.

Ma például nagy, szobaméretű,
rejtett kültéri jeleneteket vehetünk fel

valós időben,

és jelentős előrelépéseket tettünk
e technológia alkalmazása felé,

amit a közeljövőben akár
autókon is láthatnak majd.

De természetesen maradtak még feladatok.

Például nagy távolságról
tudunk-e rejtett jelenetet felvenni,

ha ott csak igen-igen kevés
fotont tudnánk begyűjteni,

alacsony hatóerejű és a szemet
nem károsító lézerekkel?

Vagy készíthetünk képet olyan fotonokkal,

melyek nemcsak egyszer
verődnek vissza a sarkon túlról,

hanem annál jóval többször?

Hogy oldjuk meg, hogy a nagy, méretes
prototípus-rendszerünket lekicsinyítsük

akkorára, hogy jól használható legyen

orvosbiológiai képalkotáshoz,

vagy netán tökéletesebb
lakásbiztonsági rendszerhez,

vagy esetleg más alkalmazásokhoz is
jó lenne ez az új képalkotó módszer?

Szerintem izgalmas új technológia,

és annyiféle alkalmazása lehet majd,

amennyit most még el sem tudunk képzelni.

És igen, az önvezető autók jövője

ma talán még igen távolinak tűnik –

de már fejlesztjük hozzá a technológiát,

amitől az autó biztonságosabb
és intelligensebb lesz.

És amilyen szédítő tempóban
fejlődik a tudomány és az innováció,

sosem tudhatjuk, mik azok
az új és izgalmas képességek,

amik csak egy saroknyira vannak tőlünk.

(Taps)